面向工业无线网络的能量感知型多径路由机制的设计与仿真实现

摘要

在工业生产环境中，将无线技术应用于工业测控系统，带来传统测控系统无法比拟的优势。由于工业无线网络中信道环境复杂和无线节点资源受限等因素，现有无线网络的路由机制已经无法满足工业应用对数据传输的实时性、可靠性和节能性的要求，设计面向工业无线网络、满足工业应用需求的路由机制也因此成为相关领域的研究热点。
　　在国内外学者已有研究工作的基础上，本文设计了一种面向工业无线网络的能量感知型多径路由机制，以能量感知提高路由机制的能量均衡性和有效性，以多径转发提高数据传输的实时性和可靠性。在该路由机制设计中，考虑工业无线网络链路不稳定的特点，通过链路质量估计器对链路质量进行在线测量，为路由转发提供实时准确的信息;基于在线测量的链路质量，对网络中节点的发送功率进行自适应调节，以达到节能的目的;用期望传输次数取代传统的实际跳数作为选路的一个标准，以提高传输的可靠性;在路由转发时考虑节点的剩余能量，以达到能量均衡的目的。将链路质量、发送功率、期望传输次数和节点剩余能量等设计应用于路由表，作为多径转发的依据。在多径转发时，考虑实时性和非实时性两种数据报文，对于实时性报文，采用并行多径转发策略，并区分主次路径，在提高实时性和保证可靠性的同时降低能耗;对于非实时报文，采用备用多径转发策略，在保证可靠性的同时最小化能耗。
　　基于OMNeT++仿真平台，对本文设计的能量感知型多径路由机制进行了仿真实现，并对仿真结果进行了分析。与现有的典型路由机制相比，本文设计的路由机制能够以更少的能耗和较低的延迟保证数据传输的可靠性，并延长网络的生存时间。

目录

声明

摘要

第1章 引言

1．1 工业无线技术研究背景

1．1．1 工业无线技术概述

1．1．2 工业无线技术的优势

1．1．3 工业无线技术的需求和挑战

1．2 工业无线技术研究现状

1．2．1 工业无线技术的体系结构

1．2．2 工业无线技术的研究方向

1．2．3 工业无线技术的标准化进程

1．3 工业无线网络的路由协议

1．3．1 路由协议分类

1．3．2 路由协议分析

1．3．3 路由协议设计展望

1．4 课题来源

第2章 面向工业无线网络的能量感知型多径路由机制的提出

2．1 能量感知型路由

2．2 多径路由

2．3 能量感知型多径路由机制

第3章 面向工业无线网络的能量感知型多径路由机制的设计

3．1 总体框架

3．2 模型设计

3．2．1 网络模型

3．2．2 能量模型

3．3 链路质量估计器

3．3．1 定期估计器

3．3．2 灵敏估计器

3．4 发送功率自适应调节

3．5 邻居表和路由表更新

3．5．1 邻居表更新

3．5．2 路由表更新

3．6 多径转发策略

3．6．1 非实时报文转发

3．6．2 实时报文转发

3．7 路由机制工作流程

第4章 仿真实现和性能评价

4．1 仿真环境

4．1．1 OMNeT++仿真平台

4．1．2 Mobility Framework编程框架

4．2 仿真实现

4．3 性能评价

4．3．1 拓扑用例

4．3．2 运行用例

4．3．3 基准机制

4．3．4 抗干扰性

4．3．5 网络生存时间

第5章 结束语

参考文献

致谢